Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Adaptive coatings a-C/MoS2

Kot M., Lackner J., Major Ł., Major R., Skalski K., Wiązania G., Zimowski S.

Tribologia

|

2018

|

nr 2

51--56

EN

One of the latest ideas in surface engineering is the deposition of new kinds of coatings, called adaptive or chameleon. Based on literature review, the different mechanisms of the adaption of such coatings depend on the applied ranges of temperature and loads were compared. Moreover, the main directions of development of adaptive coatings were also presented. The paper includes results of single coatings, a-C and MoS2, as well composite coatings, a-C/MoS2, in which the mechanism of adaptation was expected. Indentation tests were carried out to determine nanohardness and elasticity modulus. The adhesion of coatings to steel substrates was studied by scratch testing, and tribological properties were studied using a high-temperature ball-on disc tribometer and tests results conducted at room temperature and at elevated temperatures up to 300°C. Results showed that composite coating, a-C/MoS2, can work over the entire range of temperatures with a low coefficient of friction 0.02–0.1 and wear index of 0.07–0.47•10–6 mm3/Nm. Whereas, a-C and MoS2 coatings exhibited a low coefficient of friction and a high wear resistance at low and high temperatures, respectively.

PL

W pracy przedstawiono nowy kierunek w inżynierii powierzchni tworzenia powłok adaptacyjnych, zwanych także kameleonowymi. Na podstawie analizy literatury zestawiono różne mechanizmy adaptacji powłok, w zależności od zakresu stosowanych temperatur pracy i kierunki rozwoju takich powłok. Przedstawiono także wyniki badań własnych dla powłok pojedynczych a-C i MoS2 i na ich tle wyniki dla powłok a-C/MoS2, w których spodziewano się mechanizmu adaptacji. Przeprowadzono testy indentacyjne, z których wyznaczono ich nanotwardość i moduł sprężystości. Analizowano także adhezję powłok do podłoży stalowych przy użyciu testu zarysowania. Testy tribologiczne przeprowadzono w temperaturze pokojowej oraz w podwyższonej do 300°C. Uzyskane wyniki wykazały, że w odróżnieniu do powłok a-C i MoS2 powłoki a-C/MoS2 mogą pracować w całym zakresie badanych temperatur. Wskazują na to niskie wartości współczynnika tarcia 0,02–0,1 i wskaźnika zużycia 0,07–0,47•10–6 mm3/Nm.

2

Initial in vivo biocompatybility evaluation of biomaterials used in the new biomimetic heart valve

Gonsior M., Zawidlak-Węgrzyńska B., Janiczak K., Gonsior D., Kustosz R., Major R., Lackner J.

Engineering of Biomaterials

|

2018

|

Vol. 21, no. 148

81

3

Coatings with advanced microstructure for biomedical applications

Kot M., Major Ł., Major R., Lackner J., Pontié M.

Tribologia

|

2017

|

nr 2

77--84

EN

The paper presents the effect of the complex architecture of Cr/CrN+a-C:H coatings on their mechanical and tribological properties. These advanced coatings were compared with CrN single coatings and Cr/CrN multilayers. All of them were deposited by the magnetron sputtering technique. The conducted tests allowed nanohardness, elasticity modulus, fracture toughness, and adhesion of coatings to steel substrates to be determined. Tribological tests were carried out under dry friction and in the presence of phosphate-buffered saline PBS and foetal bovine serum FBS. For all test conditions, the friction coefficient and the wear index of the produced coatings were determined. The lowest wear and the lowest coefficient of friction are exhibited by coatings with complex Cr/CrN+a-C:H architecture. Furthermore, they are also resistant to the highly corrosive PBS environment.

PL

W pracy analizowano wpływ złożonej architektury powłok Cr/CrN+a-C:H na ich właściwości mechaniczne i tribologiczne. Porównywano je z powłokami pojedynczymi CrN i wielowarstwowymi Cr/CrN, które wytwarzano techniką magnetronowego rozpylania. Przeprowadzone badania umożliwiły określenie twardości, modułu sprężystości, odporności na pękanie i adhezji do podłoża. Testy tribologiczne przeprowadzono w warunkach tarcia suchego oraz w obecności roztworu soli fizjologicznej PBS i surowicy cielęcej FBS. Dla wszystkich warunków tarcia określono współczynnik tarcia oraz odporność na zużycie wytworzonych powłok. Najmniejszym zużyciem oraz najmniejszymi wartościami współczynnika tarcia charakteryzowały się złożone powłoki Cr/CrN+a-C:H. Przy tym są one także odporne na oddziaływanie korozyjne roztworu PBS.

4

Tribologiczne powłoki węglowe o zaawansowanej mikrostrukturze

Kot M., Major Ł., Wiązania G., Lackner J.

Hydraulika i Pneumatyka

|

2017

|

nr 1-6

18--21

5

Tribological properties of Ti/A-C:H nanocomposite carbon based coatings

Kot M., Major Ł., Lackner J., Chronowska-Przywara K.

Tribologia

|

2016

|

nr 3

109--117

EN

The paper presents the results of mechanical and tribological tests of Ti/a-C:H nanocomposite carbon coatings and a-C:H hydrogenated carbon coating. All coatings were deposited by magnetron sputtering technique at various acetylene gas flows in a vacuum chamber, resulting in different coatings properties. The conducted study determines hardness, elasticity modulus, fracture resistance, and tribological properties – wear and friction coefficient of deposited coatings. The lowest wear and coefficient of friction were exhibited coatings deposited at higher acetylene flows, 15-20 sccm. However, they are atch testing is several times smaller than in a case of softer coatings deposited at lower acetylene flow up to 10 sccm.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badań mechanicznych i tribologicznych nanokompozytowych powłok węglowych Ti/a-C:H, które porównywano z właściwościami powłok węglowych a-C:H. Powłoki wytwarzano techniką magnetronowego rozpylania przy różnym przepływie acetylenu od 1 do 20 sccm przez komorę próżniową, co skutkowało różnymi właściwościami powłok. Przeprowadzone badania umożliwiły określenie twardości, modułu sprężystości, odporności na pękanie oraz właściwości tribologicznych – wskaźnika zużycia i współczynnika tarcia wytworzonych powłok. Najmniejszym zużyciem oraz najmniejszymi wartościami współczynnika tarcia charakteryzowały się powłoki wytworzone przy największych przepływach acetylenu 15–20 sccm. Natomiast są one kruche, a obciążenie krytyczne określone w teście zarysowania jest kilkukrotnie mniejsze niż dla miększych powłok osadzanych przy przepływie acetylenu do 10 sccm.

6

Badanie odporności na pękanie i zużycie przez tarcie powłok wielowarstwowych

Kot M., Rakowski W., Major Ł., Lackner J.

Tribologia

|

2014

|

nr 2

89--99

PL

W pracy przedstawiono możliwości poprawy odporności na pękanie oraz zużycie powłok azotków metali i węglowych poprzez wprowadzenie międzywarstw z materiału charakteryzującego się sprężysto-plastycznym charakterem deformacji. Przedstawiono wyniki badań indentacyjnych i tribologicznych powłok wielowarstwowych Ti/TiN i a-C:H/TiN, które porównano z właściwościami powłok pojedynczych TiN i a-C:H. Mechanizm deformacji takich powłok określono poprzez testy indentacyjne z wykorzystaniem sferycznych wgłębników i analizę odcisków przy użyciu technik SEM i TEM. Wykazano celowość wprowadzania cienkich warstw tytanu w powłokach wielowarstwowych, których odkształcenia plastyczne przy obciążeniach zewnętrznych prowadzą do poprawy odporności na pękanie oraz kilkukrotnie zmniejszają zużycie w stosunku do powłok pojedynczych.

EN

The paper presents the opportunity of improving fracture and wear resistance of ceramic and carbon coatings through the introduction of metallic interlayers that exhibit an elastic-plastic character of deformation. The results of indentation and tribological tests of Ti/TiN and a-C:H/TiN multilayer coatings were compared with the results of TiN and a-C:H single coatings. The mechanism of deformation and fracture was analysed by spherical indentation and TEM, SEM microscopic observation of indents. The presented results showed the desirability of the introduction of thin titanium interlayers into multilayer structure. Thin Ti layers were plastically deformed under external contact loading which improved several times the fracture and wear resistance of tested multilayers in comparison to single layers.

7

Migration channels produced by laser ablation for substrate endothelialization

Major R., Maksymow K., Marczak J., Lackner J., Kot M., Major B.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2012

|

Vol. 60, nr 2

337-342

EN

Seeding of cells on functional, biocompatible scaffolds is a crucial step in achievement the desired engineered tissue. In the present study, a pulsed laser modification onto inorganic substrate was made to promote endothelium cells migration and spread. Presented scaffolds were fabricated on carbon and titanium based coatings. Fabricated films provided very good mechanical properties together with a chemical stability preservation. The substrate modification consisted of grid-like template fabrication of micrometer size meshes. The microstructure analysis of laser traces revealed the grain size increase in the zone of laser beam interaction, which exerts an influence on a surface topography. Endothelium cells locomotion was observed within 10 day time period. As a result it was shown that the modified area enhanced cells adhesion with a preferred static behavior. The performed research work improved our understanding on the pulsed laser ablation process and template size influence on cells spatial arrangement. It constituted an important step towards fabrication of inorganic, biocompatible scaffolds for successful substrate endothelialization.

8

Microscale interpretation of tribological phenomena in Ti/TiN soft-hard multilayer coatings on soft austenite steel substrates

Lackner J., Major L., Kot M.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2011

|

Vol. 59, nr 3

343-355

EN

The mechanical and tribological behavior of physical vapor deposited coatings on soft substrate materials gains increasing interest due to economical and environmental aspects – e.g. substitution of steels by light-weight metals or polymers in transport vehicles. Nevertheless, such soft materials require surface protection against wear in tribological contacts. Single layer hard coatings deposited at room temperature are brittle with a relatively poor adhesion. Therefore, they should be better substituted by tough multilayer coatings of soft-hard material combinations. However, the mechanics of such multilayer coatings with several 10 nm thick bilayer periods is difficult and yet not well described. The presented work tries to fill the gap of knowledge by focusing both on mechanical investigations of hardness, adhesion, and wear and on microscopic elucidation of deformation mechanisms. In the paper 1 ěm thick Ti/TiN multilayer stacks were deposited by magnetron sputtering on soft austenitic steel substrates at room temperature to prevent distortion of functional components in future applications. High hardness was found for 8 and 16 bilayer films with modulation ratio Ti:TiN = 1:2 and 1:4. This was attributed (with use of transmission electron microscopy) to stopping the crack propagation in thin Ti layers of the multilayer systems by shear deformation combined with different fracture mechanisms in comparison with that for the TiN single layers (edge cracks at the border of the contact area and ring cracks outside, respectively).

9

Functional cardio-biomaterials

Major R., Lackner J., Wilczek P., Sanak M., Jakieła B., Stolarzewicz B., Kowalczuk M., Sobota M., Maksymow K., Spisak M., Major B.

Advances in Materials Science

|

2011

|

Vol. 11, nr 2(28)

5-25

EN

Titanium as well as carbon based biomaterials, seem to be good candidates for future blood-contact applications. Bio-materials such as: Ti, Ti+DLC, TiN; Ti(C,N) with higher carbon concentration and DLC (diamond like carbon) were under examinations. Trials on surface modification of PU (polyurethane) substrate using ion mill were performed. Materials were deposited as thin films by the hybrid pulsed laser deposition (PLD) technique to examine the influence of the fabricated surfaces on cell behavior. The metallic titanium as a target was used for titanium based-film and graphite one for DLC. Phase content of deposited films was controlled by the flowing gas mixture of Ar+N2 and Ar+N2+C2H2 type in the reactive chamber. Sputtering of graphite was carried out in Ar atmosphere. The kinetic energy of the evaporated particles was controlled by application of variation of different reactive and non reactive atmospheres during deposition. Transmission electron microscopy (TEM) was used to reveal structure dependence on specific atmosphere in the reactive chamber. The measurement of the strength of bonds between biomaterials and cells is a major challenge in cellular biology since it allows for the identification of different species in adhesion phenomena. The biomaterial examinations were performed in static conditions with Dictyostelium discoideum cells and then subjected to a dynamical test to observe the cell detachment kinetics. For a given cell, detachment occurs for critical stress values caused by the applied hydrodynamic pressure above a threshold which depends on cell size and physicochemical properties of the substrate, but it is not affected by depolymerization of the actin and tubulin cytoskeleton. Tests revealed differences in behavior in respect to the applied coating material. The strongest cell-biomaterial interaction was observed for the carbon-based materials compared to the titanium and titanium nitride. A surface fuctionalization was realized by: (i) fabrication of migration channels by laser ablation, (ii) electrospinning and (iii) deposition of multilayer film from polyelectrolites. A goal of the performed research was formation of scaffolds for bio-mimetic coatings. Surface morphology examinations and biomedical studies on porous and semi-porous materials with application of human endothelial cells HUVEC line were performed by application of confocal laser scanning microscopy (CLSM).

10

Analiza wpływu grubości warstw składowych na deformacje i pękanie powłok wielowarstwowych Ti/TiN

Kot M., Major Ł., Lackner J., Rakowski W.

Tribologia

|

2010

|

nr 4

181-189

PL

W artykule analizowano wpływ wielowarstwowej budowy powłok typu ceramika/metal na zwiększenie ich odporności na pękanie i ograniczenie zużycia. Analizowano deformacje i pękanie takich powłok w oparciu o wyniki badań indentacyjnych i tribologicznych. Badano powłoki 8xTi/TiN o różnych stosunkach grubości warstw składowych Ti i TiN, nałożone na stalowe podłoża metodą PLD. Mechanizm deformacji takich powłok polegał na uplastycznianiu warstw Ti i pękaniu warstw TiN, co obserwowano z użyciem mikroskopii transmisyjnej. Analizowano możliwość propagacji pęknięć w kolejnych warstwach składowych ceramicznych i metalowych na skutek powtarzającego się obciążenia przy teście tribologicznym w styku kula–tarcza.

EN

Ceramic/metal multilayers with a nanometer thickness of layers are new kinds of materials for tribological applications. A stack of hard ceramic and tough metallic layers give coatings with higher hardness, adhesion and wear resistance. In this article, micromechanical properties of Ti/TiN multilayers with different thickness ratios of ceramic to metallic sublayers are presented. Multilayers were deposited on 2H17 ferrite steel by the PLD (Pulsed Laser Deposition) technique. The deformation mechanism based on subsequent fracture of TiN sublayers and followed plastic deformation of Ti around crack were found using TEM examination of thin foils from spherical indents. Tribological tests show the highest wear resistance of 8xTi/TiN multilayer with 1:2 thickness ratio of Ti:TiN (42:83 nm). Slightly lower wear resistance of 8xTi/TiN 1:4 (25:100 nm) is a result of possible crack propagation through the metallic sublayer and the loss of its ability to deflect and terminate cracks. The thinner metallic sublayers, the easier is crack propagation through the coating, but excessively thick Ti sublayers lead to lower hardness and wear resistance. Optimum properties for tested Ti/TiN system could be expected when the metallic sublayer is not thinner than 40nm and metallic to ceramic thickness ratio is 1:2.

11

The effect of metallic inter-layers on multilayer ceramic/metal coatings properties

Major Ł., Kot M., Lackner J.

Inżynieria Materiałowa

|

2010

|

Vol. 31, nr 3

445-448

EN

Wear resistant multilayer coatings based on Ti/TiN system have been analyzed. It has been suggested different ratio of hard phase to soft one. The influence of different ratio to mechanical and microstructural properties has been investigated. Coatings were produced by pulsed laser deposition technique (PLD). Two different ratios were analyzed: the amount of ceramic phase two and four times higher than metallic ones. The total thickness of coating was constant 1 ~m. Coatings were subjected to mechanical ball-on-disc test and the static one where alumina ball was pushed into the coating. The wear mechanisms and the role of different ratio of phases in multilayer composition has been investigated by transmission electron microscopy technique (TEM). Thin foils for TEM observations were cut across the wear track showing the damaged area in cross-section. They were prepared with a Quanta 200 3D (Focused Ion Beam). The microstructure investigations including high resolution (HREM) observations and local chemical measurements were conducted with TECNAI G2 Super TWIN FEG (200 kV) equipped with integrated EDAX Energy Dispersive Spectroscopy (EDS) system. The investigations indicated that as deposited material presents defected (dislocations) columnar microstructure with occasionally fine cracks in ceramic sublayers at the columnar grain boundaries. It has been found out that the higher amount of ceramic phase at the same total thickness of coating, the better mechanical properties. The decrease of metallic phase resulted in the increase of mechanical properties.

PL

Odporne na zużycie wielowarstwowe powłoki Ti/TiN poddane zostały analizie właściwości mechanicznych i mikrostrukturalnych. Zaproponowano nowe rozwiązanie w układzie wielowarstwowym. Wytworzono powłoki z rożnym udziałem fazy ceramicznej w stosunku do metalicznej. Analizy dotyczyły opisu wpływu rożnego stosunku fazy ceramicznej do metalicznej na właściwości mechaniczne i mikrostrukturalne. Powłoki wytworzone zostały za pomocą techniki ablacji laserowej (PLD). Wytworzono dwa rodzaje powłok wielowarstwowych: z dwukrotnie większym udziałem fazy ceramicznej do metalicznej i z czterokrotnie większym udziałem fazy ceramicznej. Całkowita grubość powłoki pozostawała stała na poziomie 1 ~m. Powłoki poddane zostały mechanicznym testom na zużycie kula-tarcza i statycznemu testowi polegającemu na wciskaniu kulistego penetratora (Al2O3) w powłokę. Mechanizmy zużycia i wpływ rożnego stosunku faz w wielowarstwowych powłokach zostały opisane za pomocą transmisyjnej mikroskopii elektronowej. Cienkie folie do analizy TEM zostały przygotowane z przekroju poprzecznego powłoki. Zostały one wytworzone techniką zogniskowanej wiązki jonów galu (tzw. technika FIB - Focused Ion Beam). Badania mikrostruktury, zawierające analizy wysokorozdzielcze (HREM) i analizy składu chemicznego (EDS), przeprowadzone zostały z zastosowaniem transmisyjnego mikroskopu elektronowego TECNAI G2 Super TWIN FEG (200 kV), wyposażonego w zintegrowany system EDAX do analizy EDS. Przeprowadzone badania wykazały, że powłoki w stanie po nałożeniu charakteryzowały się zdefektowaną (w postaci dyslokacji), kolumnową budową, z okazjonalnie występującymi mikropęknięciami w międzywarstwach ceramicznych. Wykazano, że im większy udział fazy ceramicznej do metalicznej na tej samej grubości powłoki, tym lepsze właściwości mechaniczne. Obniżenie udziału fazy metalicznej skutkuje wzrostem właściwości mechanicznych.

12

Polish Artificial Heart - new coatings, technology, diagnostics

Sarna J., Kustosz R., Major R., Lackner J., Major B.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2010

|

Vol. 58, nr 2

329-335

EN

Since 1991, the Foundation for Cardiac Surgery Development in Zabrze has been implementing research on the artificial heart. In 1995, an artificial ventricle, POLVAD, was implanted to a patient, and in 1998, the prototype of a clinical controller, POLPDU-401, was created. A further development of the studies on an implantable artificial heart requires an integrated approach and an application of advanced methods of materials sciences in order to develop new materials suitable for the contact with blood, as well as to apply a multilateral biomedical diagnostics in hydrodynamic conditions. The estimation of the cell–material interaction plays an important role in the biomaterial design. An analysis of the influence of the carbon content in titanium nitride on the biological and biophysical properties of biomaterial coatings was studied. The cell-material reactions were considered in dynamic and static conditions. Three groups of materials were under examinations – titanium nitride (TiN), as well as titanium carbonitride with a low and high carbon content – of which the best properties were observed for TiN. We found a strong influence of the stoichiometry of TiN (atomic ratio of Ti/N) on the biocompatibility. A non-stoichiometric TiN could have a negative influence on the surrounding tissue.

13

Mechanisms for self-assembling topography formation in low-temperature vacuum deposition of inorganic coatings on polymer surfaces

Lackner J., Waldhauser W., Alamanou A., Teichert C., Schmied F., Major L., Major B.

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2010

|

Vol. 58, nr 2

281-294

EN

Functionalization of surfaces is an important task for nanotechnology to add specially designed physico-chemical properties to materials. Besides chemical modification of surfaces, physical adaptations gain increasing interest. Thus, understanding the influences of film deposition on surface topography formation is the basis for future developments. For physical or chemical vapour deposited (PVD, CVD) films, structure zone models were developed, clearly showing the influences of temperature and vapour energy and, thus, surface and bulk diffusion on film structures based on four different structure zones. Generally, similar zones are also found in PVD coatings on polymeric substrates; However, due to restrictions in coating temperatures due to the thermal resistance of most polymers, the coating temperature is restricted to mostly 50°C, excluding thermal activation of at least surface diffusion of inorganic materials (metals and their nitrides, oxides, carbides, etc.) and resulting in columnar growth with dome-shaped column tops. Additionally, the high difference in mechanical properties between “stiff” inorganic coatings and “flexible” polymers implicates stress-induced growth phenomena, resulting in wrinkling, cracking and finally the formation of a superseding structure, depending on substrate and film materials and the vapour energy of the deposition method.

14

Twarde powłoki na bazie azotków oraz faz międzymetalicznych wytwarzane laserem impulsowym w aspekcie ich perspektywicznych zastosowań

Major B., Mróz W., Bonarski J., Jelinek M., Lackner J., Waldhauser W.

Inżynieria Materiałowa

|

2003

|

R. XXIV, nr 6

527-529

PL

Prowadzono badania powłok z faz międzymetalicznych przy ablacji z wykorzystaniem lasera ekscymerowego KrF z tarczy wytworzonych na drodze metalurgicznej z faz typu FeAl i Ni3Al. Powłoki z azotku tytanu wytworzone zostały metodą PLD z zastosowaniem lasera Nd:YAG przy ablacji z tarczy tytanowej w atmosferze azotu oraz nanoszono je na podłoże ze stali ferrytycznej oraz z poliuretanu. Osadzanie prowadzono w położeniu tak prostopadłym do odparowanej na drodze ablacji strugi, jak również równoległym do jej osi. Analizowano morfologię powłoki na mikroskopie SEM oraz AFM. Dokonano pomiarów tekstury oraz wartości naprężeń własnych.

EN

Examinations of intermetallics coatings produced by ablation of the FeAl and Ni3Al targets obtained by conventional metallurgy were performed. Titanium nitride coatings were fabricated by PLD using Nd:YAG laser on both metallic (ferritic steel) and polyurethane substrates by ablation of pure titanium in nitrogen environment. On-axis and off-axis geometry of deposition on metallic substrate was applied. Study of morphology using SEM and AFM was performed. Texture studies as well as residual stresses measurements were carried out.